汽车电源保护电路设计

本文主要从汽车电路的特点入手,设计一款能够保护汽车用电设备的保护电路,以便使汽车用电设备工作在额定电压下,保证汽车电器正常运行.

一、汽车电源系统原理

汽车电源系统由两部分组成,即铅蓄电池和交流发电机,铅蓄电池和交流发电机并联在一起工作.在发动机没有启动或已经启动没有达到稳定带速之前,主要由蓄电池提供能量.当发动机达到稳定带速以后,主要由汽车发电机提供能量,同时交流发电机为铅蓄电池充电.正常工作中铅蓄电池与发电机并联,由于铅蓄电池的电压钳位作用,电源输出电压基本保持在额定电压基础上.如果汽车处在长时间低耗能的状态下运行,铅蓄电池可能出现满电情况,如果发电机继续为铅蓄电池充电,铅蓄电池的端电压会随充电电压升高,产生交流发电机撇载现象.在撇载状态下,铅蓄电池失去电压钳位作用,输出电压等于交流发电机整流输出电压,大约15伏左右.

二、汽车电源保护电路作用

铅蓄电池额定电压大约为12伏（柴油车为24伏）,交流发电机输出额定电压大约为14.5伏.汽车电器设备额定电压是12伏,如果出现撇载现象,交流发电机电压接在电器设备上,此时电压已经超出额定电压的20%,可能烧毁用电设备.为了防止汽车电气设备在发电机撇载后出现烧毁现象,需要对汽车用电设备进行保护,这个保护用电设备的电路,我们称之为汽车电源保护器.本项目主要就是研究保护汽车用电设备的保护电路,以便使汽车能安全、可靠地运行.

三、汽车电源保护电路结构

汽车电源保护电路主要是把用电设备电压控制在额定电压的10%以内.而对于汽车而言,出现撇载现象之前,用电设备不会出现过压现象而烧毁；出现撇载现象后,电压升高可能烧毁用电设备.电路设计上采用两部分组成,一部分采用开关控制哪一路电路接通；另一部分采用直流串联稳压电路使撇在后输出电压稳定.该电路主要由稳压电路和开关控制电路两部分组成,撇载之前电源电压经过常闭触点加在负载上,此时保护电路几乎对原电路没有影响；撇载之后,电压经过常开触点送到稳压电路,经过稳压后加到负载上.这样就可以保证用电设备在额定电压下工作,从而使用电设备更加可靠地运行.

四、汽车电源保护电路工作原理

电源保护电路与普通串联型稳压电源略有不同,在稳压电源的前边增加了多触点继电器,当电源电压在12伏（汽车发电机撇载之前）时,继电器不动作,电源经继电器常闭触点,加到用电设备上.当电源电压增加到12.5伏以上时,继电器动作,常闭触点打开,常开触点闭合,电源电压经继电器常开触点,经串联稳压电路稳压后加到用电设备上.

串联稳压电路使用了具有温度补偿特性的,高精度的标准电压源集成电路TL431,所以使电路简化,成本降低,而稳压性能却很高.稳压管TL431的稳压值连续可调,这个稳压值决定了稳压电源的最大输出电压.调整管用的是大电流NPN型金属壳硅管,由于它的发热量很大,如果条件允许,尽量购写大的散热片,扩大散热面积,如果不需要大电流,也可以换用功率小一点的硅管,这样可以做的体积小一些.滤波用两只50V、4700uF电解电容并联,使大电流输出更稳定,如果考虑高频波影响,可以增加一个低容量滤波电容.

五、汽车电源保护电路设计技术关键点

应用汽车电源保护电路可以有效保护汽车用电设备,防止用电设备因为电源电压升高而损坏.虽然电路在设计上采用稳压电路,但又与传统串联型稳压电路不完全相同,具体体现在以下几方面：

1.电源调整管采用双管串联形式,可以提供更大的电流.汽车电路具有低电压、大电流的特点,因此采用双管串联,可以增加输出电流.电流的增加会使调整管管耗增加,调整管可能会产生大量的热量,三极管的选择很重要,同时散热问题也是项目研究的重点,除了考虑增大散热片外,必要时还可以考虑增加风扇散热,以保证三极管工作稳定.

2.为了降低电源保护设备插入损耗,采用继电器对电路中电压分段控制.利用继电器控制串联稳压电路的工作状态,只有在电源电压升高时,稳压电路工作,其他情况下稳压电路不工作,这样就可以降低设备损耗.

3.继电器在断开、吸合瞬间,可能产生脉冲电压,影响输出电压稳定.为了防止输出电压受到影响,电路中采用双电容并联形式,提高电路的充放电时间,降低由于继电器动作产生的影响.

汽车电源保护器主要是针对目前汽车市场上出现用电设备偶尔烧毁而设计的,电路结构简单,稳压效果好,安装维护比较方便,插入损耗小.该电路主要为5A以上用电设备设计的,如果为收音机、电视机等供电,电源调整管还可以选择小功率管.电路的缺点是输出电压在继电器动作前后可能不一致,设备体积可能略大,如果采用风扇散热,可能增加设备能耗等.但不管怎么说,这都是目前市场上绝无仅有的一款为汽车电器设备设计的保护电路,随着汽车电子技术的飞速发展,在不久的将来它将发挥巨大的作用.